AGRADECIMENTOS
À Professora Márcia, que me recebeu com entusiasmo após uma mudança de rumo inesperada na minha trajetória na pós-graduação e que me conduziu e me orientou entre dificuldades e conquistas.
A Kerry, minha grande escola pessoal e profissional há mais de oito anos, que sempre acreditou em mim e permitiu que eu realizasse meu projeto conciliando-o aconciliando-o trabalhconciliando-o.
Ao meu gestor e mentor Francisco Ormenese, que me incentivou nesta reta final para que eu pudesse concluir o trabalho.
Ao meu colega de trabalho Ronaldo Coelho que, entre tantas discussões a respeito de seus projetos, me inspirou para que eu pudesse definir o meu.
Ao meu amigo Leandro Montalvão, que abdicou de um sábado inteiro dentro da planta piloto para me apoiar com o preparo de todas as amostras necessárias para o projeto.
Aos meus pais Zilda e Luis Cláudio, pela base que me deram como ser humano, pelo esforço para garantir que eu realizasse meus sonhos e pelo apoio incondicional.
À minha irmã Jaqueline, que desde sempre acreditou em mim, mesmo quando eu não acreditava, e a quem devo meu gosto por estudar.
Ao meu amigo e marido Fellipe, que aguentou firmemente as oscilações de humor e os momentos de fraqueza, me incentivando e ajudando para seguir adiante e vencer mais esta batalha.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
RESUMO
Novos estudos científicos na área de nutrição humana são frequentemente publicados e, não raramente, atingem a população, ditando novas diretrizes de consumo alimentar. Óleos e gorduras sempre foram vistos como vilões na dieta humana, sendo associados a palavras negativas como colesterol, obesidade, doenças coronárias e cardiovasculares, entre outros. Entretanto, alguns tipos de óleos desempenham papel importante na dieta humana devido às suas diversas funções vitais e capacidade de promover saúde, como no caso dos ácidos graxos poli-insaturados (PUFA do inglês Polyunsaturatted Fatty Acids). Neste sentido, a Administração de Alimentos e Remédios dos Estados Unidos (FDA do inglês Food
and Drug Administration) permitiu recentemente que certos alimentos com estes
nutrientes pudessem ser comercializados com a alegação de papel na redução dos riscos de doenças do coração. Todavia, a mesma propriedade que faz dos PUFA ingredientes interessantes do ponto de vista nutricional (presença de ligações duplas múltiplas) também os torna susceptíveis à oxidação. Como consequência, a proteção do ingrediente funcional e o controle de qualidade do produto processado resultam em grandes desafios para a indústria de alimentos.
Neste sentido, o objetivo do estudo foi avaliar a estabilidade à oxidação de uma blenda de óleos vegetais com alta teor de PUFA, utilizando a microencapsulação e o emprego de antioxidantes de “rótulo limpo” como recursos de proteção. Os antioxidantes foram combinados por meio de planejamento fatorial 23 e a avaliação do grau de oxidação foi realizada pela técnica clássica de determinação de índice de peróxidos (IP). Também foram empregadas técnicas alternativas, como a determinação da estabilidade oxidativa e a espectroscopia na região do infravermelho.
Entre os antioxidantes utilizados, observou-se desempenho superior para o extrato de alecrim, de acordo com resultados de IP. A análise para determinação da estabilidade oxidativa mostrou-se ainda mais sensível, pois revelou o efeito antagônico entre α-tocoferol e palmitato de ascorbila. Já a determinação espectroscópica mostrou-se uma ferramenta adequada ao uso em controle de qualidade por sua rapidez. Entretanto, ela requer a construção de modelos específicos para cada antioxidante utilizado, já que estes diferem nos produtos intermediários gerados no mecanismo de atuação e que respondem em regiões específicas do infravermelho médio.
ABSTRACT
New scientific studies in human nutrition are frequently published, and they reach the population from time to time, influencing new guidelines regarding food consumption. Oils and fats have always been considered villains for human diet, been related to negative concepts as cholesterol, obesity, coronary and cardiovascular diseases, among others. On the other hand, some types of oils play an important role in human diet due to their vital functions and capability to promote health, as for example, the Polyunsaturated Fatty Acids (PUFA). In this sense, the Food and Drug Administration (FDA) has recently allowed that some foods containing such type of nutrients could be commercialized with the claim that they can reduce the risk of heart disease. However, the same chemical properties that make PUFA interesting ingredients from a nutritional perspective (the presence of multiple double bonds) also turn them susceptible to oxidation. Consequently, the protection of functional ingredients and the quality control of the processed product turned into big challenges to the food industry.
For this reason, the objective of the present study was to evaluate the stability against oxidation of a vegetal oils blend, with high content of PUFA, using the microencapsulation technique and the application of clean label antioxidants as protecting agents. Antioxidants combinations were investigated through a 23 factorial design, and the degree of oxidation was monitored by the classical method for peroxide index determination (PI). Alternative techniques as the oxidative stability determination and mid-infrared spectroscopy were also applied.
Among the tested antioxidants, a superior performance was observed for rosemary extract, according to PI results. The technique for determining oxidative stability was even more sensitive, since it allowed the detection of an antagonic effect between α-tocopherol and ascorbyl palmitate. The spectroscopic determination seemed to be an adequate tool for quality control purposes because it is not laborious and time consuming compared to conventional methods. However, this technique requires specific models for each antioxidant to be built, as long as they will present different intermediate products in their mechanisms of action and will respond in specific regions in the mid-infrared region.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Composição de ácidos graxos de óleos vegetais determinada por cromatografia gás-líquido para amostras autênticas (expressa como porcentagem do total de ácidos graxos)...25 Tabela 2 – Equações básicas para reações de ordem zero, um e dois com respeito aos hidroperóxidos...52 Tabela 3 – Valores de limites de detecção de odor de compostos voláteis gerados na oxidação de lipídeos...66 Tabela 4 – Percepção aromática de compostos voláteis gerados na oxidação de lipídeos...66 Tabela 5 – Perfil de ácidos graxos dos componentes do material microencapsulado que são lipídeos, segundo laudo de análise do fornecedor, e perfil de ácidos graxos do material encapsulado final...83 Tabela 6 – Porcentagem de sólidos dos componentes do material microencapsulado que não são lipídeos e sua composição no material encapsulado final...83 Tabela 7 – Matriz de planejamento fatorial completo 23 para obtenção de fórmulas com diferentes tratamentos antioxidantes...84 Tabela 8 – Perfil de ácidos graxos da blenda de óleos vegetais microencapsulada...89 Tabela 9 – Teores dos isômeros de tocoferóis determinados na blenda de óleos por cromatografia líquida de alta eficiência (média ± estimativa do desvio padrão)...90 Tabela 10 – Resultados físico-químicos obtidos logo após o processo de secagem por atomização para os oito testes com diferentes tratamentos antioxidantes...91 Tabela 11 – Valores de índice de peróxidos (mEq/Kg de lípides) observados a cada períodos de avaliação para as amostras armazenadas na condição ambiente (AMB)...97 Tabela 12 – Valores de índice de peróxidos (mEq/Kg de lípides) observados a cada períodos de avaliação para as amostras armazenadas na condição acelerada (ACL)...97
Tabela 13 – Tabela de análise de variância para o conjunto de dados de índice de peróxidos do período inicial...98 Tabela 14 – Tabela de contrastes dos tratamentos com antioxidantes (testes 2 ao 8) em relação ao tratamento controle (teste 1) para o período inicial...98 Tabela 15 – Correspondência entre os efeitos calculados para o planejamento 23 e os valores de probabilidade cumulativa, com base nos resultados de índice de peróxidos da condição acelerada, com 100 dias de armazenamento...101 Tabela 16 – Comparação dos resultados obtidos pelo tratamento com extrato de alecrim com base nos resultados de índice de peróxidos da condição acelerada, com 100 dias de armazenamento...103 Tabela 17 – Valores de índice de estabilidade oxidativa (minuto) observados para as amostras em condição controle (período inicial)...104 Tabela 18 – Correspondência entre os efeitos calculados para o planejamento 23 e os valores de probabilidade cumulativa, com base nos resultados de índice de estabilidade oxidativa...105 Tabela 19 – Parâmetros de calibração e validação de métodos FTIR-PLS para determinação do índice de peróxidos para cada tratamento de amostra...114
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Estrutura de ácidos graxos homólogos com cadeia saturada, mono-insaturada e poli-mono-insaturadas...22 Figura 2 – Dobra rígida na cadeia do ácido graxo saturado causada pela configuração cis, em comparação com a configuração trans estendida...23 Figura 3 – Sistema pentadieno observado em ácidos graxos poli-insaturados...24 Figura 4 – Estrutura básica de um acilglicerol e exemplo de um triacilglicerol...26 Figura 5 – Estrutura básica de um fosfolipídeo e o grupo substituinte formador da lecitina...27 Figura 6 – Estrutura química do colesterol...28 Figura 7 – Estrutura básica dos esfingolipídeos...29 Figura 8 – Estrutura da base conjugada do ácido araquidônico e alguns ecosanóides derivados do mesmo...30 Figura 9 – Estrutura de dupla camada de lipídeos anfipáticos que compõem as membranas celulares...31 Figura 10 – Metabolismo de ácidos graxos poli-insaturados no organismo...35 Figura 11 – Esquema do processo de autoxidação lipídica...42 Figura 12 – Etapa de iniciação da oxidação de lipídeos para um ácido mono-insaturado...43 Figura 13 – Etapa de iniciação da oxidação de lipídeos para um ácido poli-insaturado...43 Figura 14 – Etapa de propagação da oxidação de lipídeos para um ácido poli-insaturado, resultando na formação de um 9-hidroperóxido...44 Figura 15 – Alguns dos possíveis produtos da decomposição da β-clivagem de um 9-hidroperóxido...44 Figura 16 – Representação da via de ciclo redox, onde Mn+ e Mn+1 são metais de transição nos estados reduzido e oxidado...46
Figura 17 – Estruturas dos antioxidantes fenólicos sintéticos mais comumente utilizados...48 Figura 18 – Estrutura do antioxidante palmitato de ascorbila...48 Figura 19 – Estruturas genéricas para os grupos de tocoferóis e tocotrienóis...49 Figura 20 – Estruturas dos principais agentes antioxidantes encontrados no extrato de alecrim: ácido carnósico (diterpênico) e ácido rosmarínico (fenólico)...50 Figura 21 – Curva da cinética de autoxidação de ácidos graxos poli-insaturados dividida nas etapas de indução, propagação e terminação...52 Figura 22 – Representação simplificada de uma microcápsula: recheio e material de parede...55 Figura 23 – Diferentes morfologias de microcápsulas...55 Figura 24 – Representação gráfica das etapas de mistura e homogeneização que precedem a alimentação do secador por nebulização...57 Figura 25 – Representação geométrica de dois grupos de amostras no sistema original, definido pelas variáveis var1 e var2, e as linhas que abrangem a maior quantidade de informação acerca dos objetos, chamadas de componentes principais...70 Figura 26 – Representação gráfica da análise de componentes principais...71 Figura 27 – Representação gráfica da regressão pelo método dos quadrados mínimos parciais...76 Figura 28 – Regressão linear de u contra t para dados centrados na média...77 Figura 29 – Comportamento da variância e da tendência no modelo PLS, indicando o ponto de intersecção onde o superajuste é o mínimo...77 Figura 30 – Fluxograma do processo de secagem por atomização e etapas prévias...90 Figura 31 – Mapa de reações de degradação de alimentos e suas taxas relativas de acordo com a atividade de água e a umidade...92 Figura 32 – Relação entre a ordem de secagem dos testes e os valores de D90 observados...93
Figura 33 – Gráficos de distribuição de tamanho de partícula para os diferentes tratamentos antioxidantes, obtidos em duplicata...94 Figura 34 – Valores de índice de peróxidos observados para cada tratamento feito; resultados em preto referem-se às condições ambiente de armazenamento e resultados em vermelho, às condições aceleradas...95 Figura 35 – Gráfico normal dos valores dos efeitos principais, secundários e terciários para os tratamentos com antioxidantes com base nos resultados de índice de peróxidos da condição acelerada, com 100 dias de armazenamento...102 Figura 36 – Valores de índice de estabilidade oxidativa (minuto) observados para as amostras em condição controle (período inicial)...105
Figura 37 – Gráfico normal dos valores dos efeitos principais, secundários e terciários para os tratamentos com antioxidantes com base nos resultados de índice de estabilidade oxidativa...106 Figura 38 – Resultados de período de indução (min) em função da atividade de água, umidade e tamanho de partícula determinados para cada tratamento antioxidante..108 Figura 39 – Espectros na região do infravermelho médio originais, da região de 4000 a 400 cm-1...109 Figura 40 – Espectros na região do infravermelho médio alisados e tratados por SNV, da região de 4000 a 400 cm-1...109 Figura 41 – Gráficos de escores das componentes principais PC1 e PC2 (amostras no tempo inicial em azul, armazenamento ambiente em verde e armazenamento acelerado em laranja)...110 Figura 42 - Gráfico de escores das componentes principais PC1 e PC2, resultantes da PCA das amostras referentes ao Teste 1 do planejamento experimental proposto (amostra no tempo inicial em azul, armazenamento ambiente em verde e armazenamento acelerado em laranja)...111 Figura 43 - Gráfico de escores das componentes principais PC1 e PC2, resultantes da PCA das amostras referentes ao Teste 8 do planejamento experimental proposto (amostra no tempo inicial em azul, armazenamento ambiente em verde e armazenamento acelerado em laranja)...111
Figura 44 – Valores de escores das primeiras componentes principais das PCA dos Testes 1 e 8 em função do tempo de armazenamento...112 Figura 45 - Valores previstos e valores medidos do logaritmo natural do índice de peróxidos no modelo de calibração obtido para o conjunto de dados da condição ambiente (amostras iniciais em rosa, 20 dias em verde claro, 40 dias em azul, 60 dias em amarelo, 80 dias em marrom e 100 dias em verde escuro)...113 Figura 46 – Espectro de correlação gerado no modelo PLS do Teste 6 com espectros totais; regiões selecionadas correspondem à correlação superior a 0,8...115 Figura 47 – Espectro de correlação gerado no modelo PLS do Teste 7 com espectros totais; regiões selecionadas correspondem à correlação superior a 0,8...115 Figura 48 – Vetor regressão e espectro de correlação gerado no modelo PLS do Teste 5 com espectros totais; regiões selecionadas correspondem a bandas resolvidas no vetor regressão e com correlação superior a 0,7...116 Figura 49 – Vetor regressão obtido para o modelo PLS da amostra Teste 1, gerado sem seleção de variáveis...118 Figura 50 – Vetor regressão obtido para o modelo PLS da amostra Teste 2, gerado sem seleção de variáveis...118 Figura 51 – Vetor regressão obtido para o modelo PLS da amostra Teste 3, gerado sem seleção de variáveis...118 Figura 52 – Vetor regressão obtido para o modelo PLS da amostra Teste 4, gerado sem seleção de variáveis...119 Figura 53 – Vetor regressão obtido para o modelo PLS da amostra Teste 5, gerado sem seleção de variáveis...119 Figura 54 – Vetor regressão obtido para o modelo PLS da amostra Teste 6, gerado sem seleção de variáveis...119 Figura 55 – Vetor regressão obtido para o modelo PLS da amostra Teste 7, gerado sem seleção de variáveis...120 Figura 56 – Vetor regressão obtido para o modelo PLS da amostra Teste 8, gerado sem seleção de variáveis...120
LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
ACL: condição de armazenamento acelerado (37°C)
AOAC: Association of Official Analytical Chemists ou Associação dos Químicos Analíticos Oficiais
AOCS: American Oil Chemist’s Society ou Sociedade Americana dos Químicos de Óleos
AOM: Método do Oxigênio Ativo ALA: ácido α-linolênico
AMB: condição de armazenamento ambiente (27°C) ANVISA: Agência Nacional de Vigilância Sanitária ATR: reflectância total atenuada
BHA: hidroanisol butilado BHT: hidroxitolueno butilado CLA: ácido linolênico conjugado
DALY: indicador que mede simultaneamente o efeito da mortalidade e dos problemas de saúde que afetam a qualidade de vida dos indivíduos
D50: tamanho máximo observado para 50% das partículas avaliadas pela técnica de difração de laser
D90: tamanho máximo observado para 90% das partículas avaliadas pela técnica de difração de laser
DHA: ácido decosahexaenóico DMS: diferença mínima significativa EPA: ácido eicosapentaenoico
FDA: Food and Drug Administration ou Administração de Alimentos e Remédios FTIR: espectrofotômetro de infravermelho com Transformada de Fourier
GLA: ácido γ-linolênico
HDL: lipoproteínas de alta densidade IP: índice de peróxidos
LA: ácido linoleico
LDL: lipoproteínas de baixa densidade MSC: correção multiplicativa de sinal MUFA: ácidos graxos mono-insaturados OSI: Índice de estabilidade oxidativa
PCA: Análise de Componentes Principais PLS: Quadrados Mínimos Parciais
PRESS: soma quadrática dos resíduos PUFA: ácidos graxos poli-insaturados
RMSEP: raiz da média quadrática dos resíduos ROS: espécies reativas ao oxigênio
SFA: ácidos graxos saturados SNV: padronização normal de sinal
SVD: decomposição por valores singulares TBHQ: butil hidroquinona terciária
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...19
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...21
2.1. A química dos lipídeos...21
2.1.1. Ácidos graxos...21
2.1.2. Acilgliceróis...26
2.1.3. Fosfolipídeos...27
2.1.4. Esteróis e seus ésteres...27
2.1.5. Ceras...28
2.1.6. Esfingolipídeos...28
2.1.7. Outros...29
2.2. Lipídeos na dieta humana...29
2.2.1. Funções gerais no organismo humano...29
2.2.2. Colesterol, ácidos graxos e as doenças cardiovasculares...32
2.2.3. Ácidos graxos poli-insaturados e funções fisiológicas específicas...33
2.2.3.1. Ácido oleico (18:1ω9)...36 2.2.3.2. Ácido linoleico (18:2ω6)...36 2.2.3.3. Ácido γ-linolênico (18:3ω6)...36 2.2.3.4. Ácido araquidônico (20:4ω6)...37 2.2.3.5. Ácido α-linolênico (18:3ω3)...37 2.2.3.6. Ácido eicosapentaenoico (20:5ω3)...37 2.2.3.7. Ácido docosahexaenóico (22:6ω3)...38 2.2.4. Lipídeos e câncer...38
2.2.5. Ácido linolênico conjugado (CLA)...39
2.2.6. Estresse oxidativo e patologias...40
2.3. Oxidação lipídica...40
2.3.1. A auto-oxidação e suas etapas...41
2.3.2. Fase exponencial e os pró-oxidantes...45
2.3.3. Antioxidantes...46
2.3.3.1. Mecanismo de sequestro de radicais livres...47
2.3.3.2. Controle de pró-oxidantes...51
2.3.4. Cinética de oxidação...51
2.5. Alimentos especiais...58
2.6. Métodos de análise para medição da oxidação de lipídeos...59
2.6.1. Substratos e produtos primários...60
2.6.1.1. Mudança na composição graxa de lipídeos...60
2.6.1.2. Ganho de massa...60
2.6.1.3. Determinação do índice de peróxidos (IP)...60
2.6.1.4. Dienos e trienos conjugados...62
2.6.1.5. Método do Oxigênio Ativo (Active Oxygen Method – AOM)...63
2.6.2. Produtos secundários...63
2.6.2.1. Compostos voláteis...63
2.6.2.2. Substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico...64
2.6.2.3. Valor de p-anisidina...64
2.6.2.4. Carbonilas...65
2.6.2.5. Análise sensorial...65
2.6.3. Espectroscopia na região do infravermelho...66
2.7. Análise Multivariada...68
2.7.1. Análise de Componentes Principais – PCA...69
2.7.2. Pré-tratamento de dados...71
2.7.3. Métodos de regressão multivariados...74
2.7.4. Regressão pelo Método dos Quadrados Mínimos Parciais – PLS...76
3. OBJETIVOS...80
4. MATERIAIS E MÉTODOS...81
4.1. Equipamentos...81
4.2. Materiais e reagentes...81
4.3. Definição da matriz de amostra para estudo...82
4.4. Delineamento de planejamento fatorial completo para estudo da atividade dos diferentes antioxidantes...84
4.5. Obtenção das amostras pelo processo de secagem por atomização...85
4.6. Avaliação dos pós obtidos pelo processo de secagem por atomização....85
4.7. Armazenamento das amostras...86
4.8. Avaliação da estabilidade oxidativa...87
4.8.1. Determinação do índice de peróxidos...87
4.8.3. Análise espectral: determinação dos espectros na região do
infravermelho médio...88
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO...89
5.1. Obtenção das blendas de óleos microencapsuladas...89
5.2. Determinação do índice de peróxidos...94
5.3. Determinação do índice de estabilidade oxidativa...104
5.4. Análise espectral e quimiométrica...108
6. CONCLUSÕES...121
1. INTRODUÇÃO
Diversos estudos da área de nutrição são frequentemente publicados, ganhando grande destaque na comunidade científica, mas alcançando também toda a população. Esse alcance acaba por causar algumas discussões, polêmicas e, eventualmente, uma mudança momentânea de hábitos de consumo e de alimentação. No caso de óleos e gorduras, estes foram associados negativamente à saúde humana por muito tempo, devido principalmente à caracterização do consumo de gorduras (principalmente as saturadas) e da obesidade como um fator de risco para diversas enfermidades, como doenças cardíacas e diabetes. De fato, as doenças cardiovasculares consistem na principal causa de morte no Brasil, sendo responsáveis por 30% das mortes no país; apenas no primeiro trimestre de 2018, a Sociedade Brasileira de Cardiologia contabilizou mais de 170 mil óbitos em decorrência de alguma doença cardiovascular1. Entre 2006 e 2016, o número de brasileiros diabéticos aumentou 61,8%, passando a atingir 8,9% da população2. Estudos têm apontado uma forte associação das principais doenças crônicas não transmissíveis, como doenças cardiovasculares, cânceres, diabetes e doenças neuropsiquiátricas, entre outras, a certos fatores de risco como tabagismo, consumo excessivo de álcool, excesso de peso, níveis elevados de colesterol, baixo consumo de frutas e verduras e sedentarismo. Estas enfermidades já são responsáveis por grande parte das mortes antes dos 70 anos de idade e perda da qualidade de vida3,4. No Brasil, em 2015, a dieta foi considerada o fator de risco número um com impacto no DALY (sigla para Disability-Adjusted Life Year), que consiste em um indicador que mede simultaneamente o efeito da mortalidade e dos problemas de saúde que afetam a qualidade de vida dos indivíduos; um DALY significa um ano de vida sadia perdida5.
Entretanto, da mesma forma como surgem estudos que recomendam a baixa ingestão de gorduras (ou certos tipos desta) e que relacionam esse consumo com diversas doenças, estudos publicados recentemente também questionam estas recomendações e correlações. Por exemplo, um estudo publicado em 2014 no Annals
of Internal Medicine foi responsável pela revisão de diversos trabalhos publicados
anteriormente, culminando na falta de correlação observada entre a ingestão de ácidos graxos monoinsaturados e a ocorrência de doenças do coração, assim como na fraca associação entre ácidos graxos saturados provenientes da dieta com o risco
de doenças coronárias. Em contrapartida, fortes evidências da correlação dos ácidos graxos poli-insaturados ômega-3 ao baixo risco de doenças cardiovasculares, além da associação de ácidos graxos trans ao risco de doenças coronárias, foram de fato observadas nesta grande revisão6.
Os lipídeos apresentam, de fato, grande importância em diversas funções vitais e de regulação no organismo humano, sendo importante compreendê-los para estabelecer as quantias e composição de lipídeos que devem ser consumidas na dieta, permitindo também um desenho eficiente de produtos industriais voltados para a nutrição humana. Além das funções fisiológicas, os lipídeos também apresentam funções nos alimentos, afetando atributos como aparência e textura, favorecendo o processo de escurecimento e transferência de calor (como no caso das frituras) e absorvendo e transportando aromas7.
À parte dos estudos que colocam alguns alimentos como “vilões” ou “heróis” para a saúde humana, outro movimento dirigido por consumidores é o conceito de rótulo limpo (ou clean label, em inglês). Este conceito trata do uso de ingredientes conhecidos pelo consumidor, os quais podem ser facilmente reconhecidos ao se ler a lista de ingredientes, mas também abrange opções menos processadas ou provenientes da natureza8. Em diversas categorias de alimentos e canais de distribuição, produtores de alimentos estão buscando inovações que permitam reduzir o número de itens na lista de ingredientes, remover aditivos pouco familiares e criar uma relação de transparência e confiança com o consumidor9. Ademais, o conceito de rótulo limpo pode ir ainda mais além, estando relacionado também aos benefícios nutricionais aportados por um alimento a ser consumido a longo prazo e à sustentabilidade relacionada à produção do mesmo10.
Neste sentido, a indústria de alimentos é bastante desafiada a fornecer produtos que as pessoas gostem de consumir e se sintam bem ao fazê-lo. É necessário garantir que um produto com funcionalidade específica possa ser produzido, distribuído e consumido, obedecendo aos parâmetros de qualidade exigidos por normas e regulamentações. Entretanto, tal produto também deve atender às expectativas dos consumidores, os quais estão cada vez mais conscientes em relação aos produtos que consomem e que demandam cada vez mais por transparência por parte dos fabricantes.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. A química dos lipídeos
A dieta humana é composta de micro e macronutrientes; os lipídeos enquadram-se na categoria de macronutrientes, ou seja, sua ingestão é necessária diariamente e em grandes quantidades. Os alimentos variam não apenas no conteúdo total de lipídeos como também na composição destes.
Do ponto de vista químico, a classe de lipídeos é bastante ampla e heterogênea, mas algumas características gerais podem ser encontradas entre essa diversidade de compostos11:
• São substâncias geralmente insolúveis em água e solúveis em solventes apolares;
• Contêm em suas estruturas grupos hidrocarbonetos de cadeia longa; • Estão presentes em organismos vivos ou derivam destes.
Os lipídeos podem ser classificados segundo diversos critérios, sendo o mais simples aquele quanto às propriedades físicas em temperatura ambiente: óleos são líquidos e gorduras são sólidas12. Uma segunda classificação refere-se às funções desempenhadas no metabolismo, sendo os lipídeos essenciais ou não-essenciais. Por fim, uma classificação mais detalhada pode ser aquela que considera a estrutura destas espécies, cujos grupos são detalhados a seguir11.
2.1.1. Ácidos graxos
Ácidos graxos são os componentes majoritários dos lipídeos. Consistem em ácidos carboxílicos de cadeia alifática longa, com número de carbonos geralmente par, dado o processo natural de alongamento dos ácidos graxos que ocorre de dois em dois carbonos. Essas cadeias geralmente variam de 14 a 24 carbonos em alimentos, mas estruturas com menor número podem ser encontradas em produtos
lácteos e óleos tropicais13. Os ácidos graxos podem ser saturados (SFA da sigla em inglês para Saturated Fattys Acids) ou insaturados. O grau de insaturação varia bastante entre os ácidos graxos, sendo possível classificá-los em monoinsaturados (MUFA da sigla em inglês para Monunsaturated Fatty Acids) e poli-insaturados (PUFA da sigla Polyunsaturated Fatty Acids).
A nomenclatura de ácidos graxos segue o padrão IUPAC, sendo o nome do ácido carboxílico derivado do seu hidrocarboneto correspondente, com substituição do sufixo –ano por –óico. A posição das ligações duplas é indicada pelo símbolo Δ, devendo indicar também a configuração destas. Entretanto, muitos ácidos graxos são mais comumente conhecidos por nomes comuns, geralmente atribuídos de acordo com sua fonte de obtenção. Por exemplo, o ácido octadecanóico (18:0) é mais conhecido por ácido esteárico, enquanto o ácido cis-9-octadecenóico (18:1 Δ9 ou 18:1 cis-9) é conhecido como ácido oleico.Na Figura 1, pode-se observar as estruturas de ácidos graxos saturados, monoinsaturados e poli-insaturados para uma cadeia contendo 18 átomos de carbono14.
Figura 1 - Estrutura de ácidos graxos homólogos com cadeia saturada, monoinsaturada e
poli-insaturada.
Alguns ácidos graxos de especial importância para a nutrição humana são reconhecidos por enzimas pela primeira ligação dupla próxima à extremidade da cadeia com o grupo metila terminal ao invés do grupo ácido. Este padrão de reconhecimento é utilizado no sistema de nomenclatura ômega (), onde o carbono do grupo metila terminal recebe o número 1; se a ligação dupla ocorre entre os carbonos 3 e 4, o ácido graxo é denominado 3; se a ligação dupla é observada entre
os carbonos 6 e 7, o ácido graxo é denominado 6. Neste sistema de nomenclatura, assumem-se apenas ligações duplas na configuração cis, interrompidas por carbonos metilênicos. Estes ácidos graxos são denominados essenciais, o que significa que devem ser consumidos através da dieta, pois o corpo humano não é capaz de produzi-los.
Os lipídeos ricos em ácidos graxos saturados são tipicamente sólidos à temperatura ambiente (também chamados de gorduras), menos susceptíveis à degradação e à oxidação. São naturalmente encontrados em produtos de origem animal como carnes, lácteos e ovos, em óleos tropicais como óleo de palma e coco, também em óleos hidrogenados7. Óleos ricos em ácidos graxos insaturados são mais líquidos à temperatura ambiente, como aqueles derivados de origem vegetal. Este grau de insaturação os torna interessantes no que se refere aos benefícios à saúde, mas os torna mais susceptíveis à degradação e à oxidação. Ligações triplas em ácidos graxos são raras, mas podem ser observadas; também podem ser observadas ramificações e estruturas cíclicas, grupos hidroxil, epoxil e furanos.
A configuração cis da dupla ligação, naturalmente observada, é não-linear, resultando em pouco empacotamento das moléculas, o que influencia diretamente em propriedades de fluidez. A configuração trans pode ser observada em decorrência do processo de deodorização, hidrogenação parcial e atividade de bactérias em condição anaeróbia, como resposta adaptativa para regular a fluidez nas membranas celulares. Na Figura 2 pode-se observar a dobra rígida causada pela configuração cis de uma dupla ligação, o que confere menor empacotamento entre as moléculas de ácidos graxos e maior fluidez resultante15.
O OH C H3 O OH C H3 ácido cis-9-octadecenóico ácido trans-9-octadecenóico
Figura 2 - Dobra rígida na cadeia do ácido graxo saturado causada pela configuração cis, em
Em ácidos graxos poli-insaturados de ocorrência natural, as múltiplas ligações químicas não aparecem conjugadas na grande maioria dos casos, mas sim separadas por um carbono metilênico, compondo assim um sistema pentadieno14. Este sistema é exemplificado na Figura 3, onde a posição 3 do sistema pentadieno é ocupada pelo carbono metilênico.
O OH C H3 H 1 2 3 4 5
Figura 3 - Sistema pentadieno observado em ácidos graxos poli-insaturados.
Os ácidos graxos podem apresentar-se livres ou como componentes de outros lipídeos; na sua forma livre, são citotóxicos, podendo romper membranas celulares. Nos alimentos, os lipídeos são geralmente encontrados em uma combinação padrão de ácidos graxos (mais comumente chamado de perfil de ácidos graxos); por exemplo, a Tabela 1 apresenta a composição média de ácidos graxos esperada para alguns óleos de origem vegetal12.
Tabela 1 – Composição de ácidos graxos de óleos vegetais determinada por cromatografia gás-líquido
para amostras autênticas (expressa como porcentagem do total de ácidos graxos).
Ácido grax o Ó leo d e b abass ú Ó leo d e coco Ó leo d e algo d ão Ó leo d e milh o Ó leo d e p alma Ó leo d e p almiste Óleo d e soja Ó leo d e g ir as sol C6:0 ND ND-0.7 ND ND ND ND-0.8 ND ND C8:0 2.6-7.3 4.6-10.0 ND ND ND 2.4-6.2 ND ND C10:0 1.2-7.6 5.0-8.0 ND ND ND 2.6-5.0 ND ND C12:0 40.0-55.0 45.1 53.2 ND-0.2 ND-0.3 ND-0.5 45.0-55.0 ND-0.1 ND-0.1 C14:0 11.0-27.0 16.8-21.0 0.6-1.0 ND-0.3 0.5-2.0 14.0-18.0 ND-0.2 ND-0.2 C16:0 5.2-11.0 7.5-10.2 21.4-26.4 8.6-16.5 39.3-47.5 6.5-10.0 8.0-13.5 5.0-7.6 C16:1 ND ND ND-1.2 ND-0.5 ND-0.6 ND-0.2 ND-0.2 ND-0.3 C17:0 ND ND ND-0.1 ND-0.1 ND-0.2 ND ND-0.1 ND-0.2 C17:1 ND ND ND-0.1 ND-0.1 ND ND ND-0.1 ND-0.1 C18:0 1.8-7.4 2.0-4.0 2.1-3.3 ND-3.3 3.5-6.0 1.0-3.0 2.0-5.4 2.7-6.5 C18:1 9.0-20.0 5.0-10.0 14.7-21.7 20.0-42.2 36.0-44.0 12.0-19.0 17-30 14.0-39.4 C18:2 1.4-6.6 1.0-2.5 46.7-58.2 34.0-65.6 9.0-12.0 1.0-3.5 48.0-59.0 48.3-74.0 C18:3 ND ND-0.2 ND-0.4 ND-2.0 ND-0.5 ND-0.2 4.5-11.0 ND-0.3 C20:0 ND ND-0.2 0.2-0.5 0.3-1.0 ND-1.0 ND-0.2 0.1-0.6 0.1-0.5 C20:1 ND ND-0.2 ND-0.1 0.2-0.6 ND-0.4 ND-0.2 ND-0.5 ND-0.3 C20:2 ND ND ND-0.1 ND-0.1 ND ND ND-0.1 ND C22:0 ND ND ND-0.6 ND-0.5 ND-0.2 ND-0.2 ND-0.7 0.3-1.5 C22:1 ND ND ND-0.3 ND-0.3 ND ND ND-0.3 ND-0.3 C22:2 ND ND ND-0.1 ND ND ND ND ND-0.3 C24:0 ND ND ND-0.1 ND-0.5 ND ND ND-0.5 ND-0.5 C24:1 ND ND ND ND ND ND ND ND
Adaptado de FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS (FAO). Codex Standard for named vegetable oils Codex-Stan 210-1999.
2.1.2. Acilgliceróis
Grande parte dos ácidos carboxílicos de origem biológica são encontrados na forma de acilgliceróis, que consistem na esterificação de uma molécula de glicerol com um, dois ou três ácidos graxos, formando mono, di ou triacilgliceróis, conforme indicado na Figura 416. Os triacilgliceróis são mais comuns em alimentos, ocorrendo de forma natural. Mono e digliceróis são empregados geralmente como emulsificantes. Devido à menor atividade superficial, os acilgliceróis apresentam menor toxicidade. O O O O O CH3 CH3 O C H3 Núcleo glicerol 1 2 3 O R2 O O R3 R1 1 2 3 R1, R2, R3 = ácidos graxos ou H
Figura 4 - Estrutura básica de um acilglicerol e exemplo de um triacilglicerol.
Os ácidos graxos esterificados podem possuir diferentes tamanhos de cadeia, grau de insaturação e/ou ramificação. Estes também podem ocupar diferentes posições na cadeia de glicerol, sendo que os ácidos graxos das posições 1 e 3 ficam geralmente voltados para a mesma direção, enquanto que aqueles na posição 2 devem ficar na direção oposta. Entre estas cadeias, predominam as forças de van der Waals.
Todos os carbonos da estrutura de um acilglicerol podem apresentar quiralidade a depender dos substituintes em cada uma das posições; neste caso, os átomos de carbono do núcleo glicerol são mais comumente identificados segundo a convenção de Hirshmann pelas designações sn-1 (carbono superior), sn-2 (central) e sn-3 (inferior).
2.1.3. Fosfolipídeos
Fosfolipídeos são acilgliceróis que apresentam um grupo fosfato geralmente localizado na posição 3, como indicado na Figura 5. Este grupo fosfato, de caráter polar, confere atividade superficial aos fosfolipídeos, o que está relacionado a duas principais funções: a formação de bicamadas, importante para a estrutura de membranas celulares e sua fluidez, e o papel de emulsificante regulador da cristalização de lipídeos14.
A lecitina é um exemplo de fosfolipídeo, amplamente utilizada como emulsificante na indústria de alimentos. Já a cardiolipina é um exemplo encontrado na mitocôndria de músculos cardíacos e membranas de bactérias.
O O O R2 O O R1 P O O -x X = O N+ CH3 CH3 CH3 fosfatidilcolina (formadora da lecitina)
Figura 5 - Estrutura básica de um fosfolipídeo e o grupo substituinte formador da lecitina.
2.1.4. Esteróis e seus ésteres
Do ponto de vista estrutural, esteróis são compostos que contêm três anéis de seis carbonos, um anel de cinco carbonos ligado a uma cadeia alifática e um grupo hidroxil no carbono 3 do primeiro anel. Este grupo hidroxil pode estar esterificado com um ácido graxo e é responsável por certa atividade superficial dos esteróis, fazendo com que estes atuem na estabilização da estrutura de membranas celulares.
Esteróis são encontrados em plantas (fitoesteróis) e em animais (zooesteróis). O exemplo mais comum de zooesterol é o colesterol (Figura 6), que também pode ser encontrado minoritariamente em plantas. O colesterol é susceptível
à oxidação in vivo e no processamento de alimentos, sendo seus óxidos relacionados ao desenvolvimento de arteroesclerose. Em contrapartida, os fitoesteróis apresentam propriedade de reduzir o colesterol no organismo humano13.
O H CH3 CH3 C H3 H H H H CH3 H CH3 A B C D Grupo-cabeça polar Cadeia lateral alquila Núcleo esteróide
Figura 6 - Estrutura química do colesterol.
2.1.5. Ceras
Ceras são, de maneira geral, ésteres de ácidos graxos de cadeia longa (geralmente C16:0, C18:0 e C18:1ɷ9) e álcoois também de longa cadeia (geralmente C8 a C18). Estes lipídeos são encontrados na superfície e nas excreções de animais, insetos e plantas, com função de prevenir perda de água. Exemplos de ceras naturais são a ceras de abelha e de carnaúba14,p.138.
2.1.6. Esfingolipídeos
Esfingolipídeos são lipídeos caracterizados por uma cadeia longa (esfingosina), que possui um ácido graxo e outros compostos, como fosfatos ou monossacarídeos. Na Figura 7, é apresentada a estrutura básica de um esfingolipídeo. Exemplos dessa classe são as ceramidas e os cerebrosídeos, sendo que estes últimos são importantes em membranas celulares, especialmente em tecidos nervosos e no cérebro14,p.137.
C H3 O
x
NH OH O R Esfingosina Ácido graxo Grupo-cabeça substituinteFigura 7 - Estrutura básica dos esfingolipídeos.
2.1.7. Outros
Outros exemplos de lipídeos são as vitaminas lipossolúveis (A, D, E e K), carotenóides e os hidrocarbonetos. Em relação aos hidrocarbonetos, há interesse pela unidade isopreno (2-metil-1,3-butadieno), pois esta aparece repetida em outros lipídeos como carotenoides, esteróis e isoprenóides11.
2.2. Lipídeos na dieta humana
2.2.1. Funções gerais no organismo humano
As funções básicas dos diversos lipídeos que constituem o organismo humano podem ser divididas em: formação do tecido adiposo, regulação de funções fisiológicas, função estrutural e transporte e composição de vitaminas lipossolúveis15.
Lipídeos consistem em reservas energéticas que se formam nos tecidos adiposos (a densidade calórica é de 9kcal g-1 de lipídeo)14, os quais também atuam conservando calor e absorvendo impacto mecânico. Os lipídeos provenientes da dieta de cada indivíduo alteram a composição de ácidos graxos armazenados no tecido adiposo.
Os lipídeos também abrangem os ácidos graxos essenciais, os quais são metabolizados e geram eicosanóides, que são substâncias que possuem atividade
hormonal e podem, assim, regular diversas funções fisiológicas17. Os eicosanóides que se originam do ácido araquidônico estão envolvidos na função reprodutiva, na inflamação, na febre e na dor associadas aos ferimentos ou doenças, na formação de coágulos sanguíneos e na regulação da pressão sanguínea, na secreção de ácido gástrico e em outros processos importantes para o quadro de saúde dos humanos.
Há três classes de eicosanóides: prostaglandinas (possuem efeito sobre o fluxo de sangue a órgãos específicos, elevam a temperatura corporal e causam inflamação e dor), tromboxanos (atuam na formação dos coágulos e na redução do fluxo sanguíneo na região do coágulo) e leucotrienos (atuam como sinalizadores biológicos). Na Figura 8, por exemplo, são representados alguns eicosanóides cujo precursor é o araquidonato (base conjugada do ácido araquidônico)15.
O O -C H3 O O H O -O CH3 O H O O -O CH3 O H O O -O O CH3 Araquidonato Prostaglandina Tromboxano Leucotrieno
Figura 8 - Estrutura da base conjugada do ácido araquidônico e alguns eicosanóides derivados do
mesmo.
No que se refere à função estrutural, as membranas biológicas são formadas por uma dupla camada de lipídeos anfipáticos, ou seja, que possuem uma extremidade hidrofóbica e outra hidrofílica. Os ácidos graxos poli-insaturados que constituem esses lipídeos se arranjam em estruturas químicas particulares de dupla camada com propriedades físico-químicas igualmente únicas15, como representado esquematicamente na Figura 9. As células utilizam-se destas propriedades para modulação das propriedades de suas membranas e formação de sítios de
reconhecimento na superfície celular. Ligeiras variações na composição das membranas podem, inclusive, apresentar efeitos significativos na fisiologia da célula17.
Figura 9 - Estrutura de dupla camada de lipídeos anfipáticos que compõem as membranas celulares.
As membranas celulares são mantidas pelas forças de van der Waals entre as cadeias de ácidos graxos insaturados que compõem os fosfolipídeos. Essas interações são afetadas tanto pelo tamanho das cadeias dos ácidos graxos individuais como pelo grau de insaturação e pela posição da ligação dupla, uma vez que o volume de uma cadeia de ácido graxo individual e sua distância em relação ao ácido graxo vizinho afetam diretamente as forças de interação intermolecular. Por exemplo, o ácido esteárico, que é saturado, apresenta cadeia com diâmetro estimado de 0,25nm, enquanto seu homólogo insaturado na configuração cis (ácido cis-9-octadecenóico) apresenta cadeia com diâmetro igual a 0,72nm. O ácido trans-9-octadecenóico, em contrapartida, apresenta diâmetro igual a 0,31nm, evidenciando certa similaridade dos ácidos insaturados na configuração trans em relação aos seus homólogos saturados. Ligações duplas ocorrem tipicamente na posição Δ9, induzindo a separação dos ácidos graxos de um fosfolipídeo quando presente nesta estrutura; as ligações duplas que ocorrem ao final da cadeia possuem pouco efeito na separação entre ácidos graxos20. Por fim, os ácidos graxos insaturados de fosfolipídeos de membranas ocorrem majoritariamente na posição n2, com algumas exceções11.
Os lipídeos provenientes da dieta de cada indivíduo não parecem afetar a composição das membranas de outras células humanas, a não ser por aquelas do tecido adiposo anteriormente mencionado.
Por fim, lipídeos também atuam no transporte de vitaminas lipossolúveis (vitaminas D, A, E e K), as quais desempenham papéis essenciais no metabolismo de animais7. A vitamina D é precursora do hormônio que regula o metabolismo do cálcio; a vitamina A fornece o pigmento fotossensível do olho dos vertebrados e é reguladora da expressão gênica durante o crescimento das células epiteliais. A vitamina E atua como antioxidante in vivo e a vitamina K atua no processo de coagulação sanguínea.
2.2.2. Colesterol, ácidos graxos e doenças cardiovasculares
Cerca de 0,2% da massa corpórea é constituída de colesterol, dos quais uma parte se encontra no cérebro e em tecidos do sistema nervoso e outra fração, como componente estrutural nos músculos. A vitamina D2, os ácidos biliares e alguns hormônios são derivados importantes do colesterol11. À parte de suas funções naturais, o colesterol é mais comumente referido como um fator de risco para o desenvolvimento de doenças cardíacas quando presente em alta concentração no plasma sanguíneo7, onde é observado como um agregado molecular de lipídeo e proteína (lipoproteínas). Entretanto, há pouca correlação do colesterol no plasma sanguíneo com o colesterol proveniente da dieta18. Na realidade, os níveis de colesterol no sangue são modulados por outros lipídeos: no caso das lipoproteínas de baixa densidade (da sigla LDL para Low Density Lipoprotein) ou mau colesterol, os ácidos graxos saturados aumentam os níveis de LDL no sangue, enquanto os ácidos graxos insaturados diminuem estes níveis14. Quanto menor e mais denso estes aglomerados, maior é o risco de doenças coronárias, ou seja, maior o risco de obstrução das artérias coronárias por depósitos constituídos de colesterol, entre outras substâncias, ocasionando o fornecimento insuficiente de sangue ao coração. Alguns estudos em animais indicaram que lipoproteínas maiores, como o HDL (High
Density Lipoprotein) não se difundem pela parede das artérias15.
Estudos epidemiológicos e estudos com intervenção sugerem que os níveis de colesterol no plasma sanguíneo aumentem com o aumento da ingestão de gorduras saturadas. O acúmulo de gorduras e colesterol nas paredes das artérias (aterosclerose) também parece ser afetado pela disposição dos ácidos graxos em uma cadeia de acilglicerol, sendo que acilgliceróis com ácidos graxos saturados
localizados na posição sn-2 devem possuir maior atividade aterogênica. Em 1997 e 2000, foram publicadas duas revisões bibliográficas acerca dos efeitos das gorduras trans; ambos os trabalhos apontaram para a possibilidade de as gorduras nesta configuração elevarem o nível de LDL no sangue, sinalizando prudência na ingestão deste tipo de lipídeo. Este efeito assemelha-se ao efeito causado pelos ácidos graxos saturados e deve-se em parte à configuração geométrica dos ácidos graxos trans, que são mais parecidos com os ácidos graxos saturados do que com aqueles cuja cadeia é insaturada11. Em 2015, outra revisão no mesmo contexto foi publicada e, embora a falta de consenso entre alguns estudos epidemiológicos e clínicos ainda seja reportada, muitas evidências do impacto negativo das gorduras saturadas e, principalmente trans, na saúde vem se acumulando ao longo do tempo19. De maneira consistente, a ingestão de altos níveis de gorduras trans proveniente de óleos parcialmente hidrogenados é associada ao risco de doenças coronárias e morte súbita, além de possuir outros efeitos adversos como inflamações, disfunções do endotélio, resistência à insulina e arritmias21.
2.2.3. Ácidos graxos poli-insaturados e funções fisiológicas específicas
Os ácidos graxos poli-insaturados apresentam ampla gama de funções no corpo humano. Também há evidências de que a quantidade e os tipos de ácidos graxos de uma dada dieta possam alterar respostas imunes, o que se torna de grande interesse em relação à prevenção contra o desenvolvimento de doenças como o câncer.
De todas as estruturas possíveis para ácidos graxos, há cerca de 20 que apresentam importância nutricional para os humanos; estes consistem em ácidos graxos monoinsaturados e poli-insaturados, com ligações duplas interrompidas por carbonos metilênicos, os quais enquadram-se nas famílias ω3, ω6, ω7 e ω917. Os ácidos ω9 são derivados exclusivamente do ácido oleico, os ácidos ω6 são derivados exclusivamente do ácido linoleico (LA) e os ácidos ω3 são derivados do ácido α-linolênico (ALA)22; entretanto, todos podem ser modificados por alongamento, dessaturação e oxidação.
Dentre estes ácidos graxos insaturados, destacam-se as famílias dos ácidos graxos essenciais ω6, encontrados principalmente em plantas, e ω3, que podem ser encontrados em grande concentração em peixes e animais marinhos. Tais ácidos graxos não são sintetizados pelo corpo humano, mas precisam ser ingeridos por meio de uma dieta adequada. Outros ácidos graxos poli-insaturados são sintetizados a partir do ácido linoleico e do ácido α-linolênico por uma série de etapas de dessaturação e alongamento dos ácidos graxos essenciais por meio de enzimas seletivas, como representado na Figura 10. No entanto, há uma competição pelo mesmo sistema de enzimas envolvido nesta síntese e, por isso, a ingestão de ácidos ω3 e ω6 deve ser balanceada. É possível que a dieta dos nossos ancestrais compreendesse quantidades iguais de ácidos ω3 e ω6, mas que, por consequência do avanço da agricultura, com maior disponibilidade de gorduras refinadas de origem vegetal, e pelas mudanças de hábitos de consumo da humanidade, o consumo de ω6 tenha ultrapassado significativamente o de ω314. Um estudo que comparou a razão de ácidos ω6: ω3 entre jovens de diferentes culturas apontou proporção equivalente a 2:1 no sangue de pessoas que consomem comida japonesa ou mediterrânea, enquanto esta razão foi igual a 25:1 em jovens que geralmente consomem fast food23. Segundo a Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura e a Organização Mundial de Saúde, uma dieta cuja razão destes ácidos seja igual a 5:1 ou menos é recomendada20. A Organização Mundial de Saúde também preconiza um consumo diário para adultos de 6 a 11% do conteúdo energético diário como ácidos graxos poli-insaturados, sendo 2,5 a 9% de ω6 e 0,5 a 2% de ω324.
A importância dos ácidos graxos ω6 é conhecida há tempo, mas o interesse pelos ácidos graxos ω3 ganhou força nas últimas décadas, após a publicação de estudos epidemiológicos relacionando o consumo de lipídeos de fontes marinhas à menor incidência de doenças cardiovasculares, inflamações crônicas e doenças autoimunes25,26. De fato, os ácidos graxos ω3 estão aparentemente associados à diminuição de alguns fatores de risco de doenças cardiovasculares, como redução dos níveis de triglicerídeos no sangue e à hipertensão, já que controlam a constrição e a dilatação das artérias17. Alguns estudos sugerem um consumo de 2-3g/dia de ácidos ω3 para efeitos de redução da pressão de indivíduos com hipertensão20.
O OH C H3 O OH C H3
ácido a-linolenico (C18:3v3) ácido linoleico (C18:2v6)
O OH C H3 ácido eicosapentaenóico (C20:5v3) O OH C H3 ácido dodecosahexaenóico (C22:6v3) C18:4v3 C20:4v3 C22:5v3 C18:3v6 C20:3v6 O OH C H3 ácido araquidônico (C20:4v6) C22:5v6 C22:4v6 prostaglandinas leucotrienos tromboxanos
Figura 10 - Metabolismo de ácidos graxos poli-insaturados no organismo.
Muitos estudos epidemiológicos e clínicos foram publicados após os anos 80, os quais tratavam do efeito dos ácidos ω3, principalmente os ácidos eicosapentaenóico (EPA) e docosahexaenóico (DHA), na saúde humana e seus mecanismos de atuação. Fortes evidências de que os ácidos ω3 apresentam benefícios contra doenças cardiovasculares e artrite foram encontradas, além de que a utilização destes ácidos no tratamento e prevenção de doenças mentais e diversos tipos de câncer também foram revisadas em diversos destes trabalhos20,23.
Para fetos, descobriu-se a atuação dos ácidos graxos essenciais no desenvolvimento do cérebro e da retina, além de sua participação na síntese de membranas, na utilização como fonte de precursores e como estoque de energia após o nascimento. A transferência destes nutrientes se dá pela placenta, que contém uma membrana proteica ligante a ácidos graxos. Alguns PUFA são seletivamente absorvidos na seguinte ordem de preferência: docosahexaenóico, α-linolênico, linoleico, oleico e araquidônico17. A adição de ácidos ω3 e ω6 às fórmulas infantis nos primeiros seis meses de vida também resultou na promoção do desenvolvimento cognitivo e motor a longo prazo, sem efeitos adversos20.
Em estudos mais recentes, sugeriu-se correlação inversa entre o alto consumo de peixes e a ocorrência de deficiências cognitivas e o desenvolvimento de
Alzheimer e outras demências. De maneira geral, o consumo de altos níveis de gorduras insaturadas pareceu ter efeito protetivo contra a doença de Alzheimer, mas a intervenção com ácidos ω3 em pacientes que já apresentavam a enfermidade de grau leve a moderado não pareceu surtir qualquer efeito18-19,22,27-30.
2.2.3.1. Ácido oleico (18:1ω9)
O ácido oleico é produzido a partir do ácido esteárico de plantas, animais e bactérias pela atividade da enzima Δ9-dessaturase. Muitos ácidos graxos poli-insaturados podem ser produzidos a partir do ácido oleico, sendo que as plantas o utilizam para produzir tanto ácidos ω3 como ω6. Este é o ácido graxo poli-insaturado mais comum entre os ácidos graxos insaturados, sendo o óleo de oliva, as castanhas e a manteiga fontes ricas deste17,p.577.
2.2.3.2. Ácido linoleico (18:2ω6)
O ácido linoleico é um produto primário da síntese de ácidos graxos poli-insaturados em plantas. É encontrado em grandes concentrações em óleos de sementes, mas também em carnes. Consiste em um importante precursor do ácido araquidônico e outros ácidos ω6 nos animais17,p.578.
2.2.3.3. Ácido -linolênico (18:3ω6)
O ácido γ-linolênico (ou GLA da sigla em inglês para γ-linolenic acid) é produzido a partir do ácido linoleico em animais e plantas inferiores pela atividade da enzima Δ6-dessaturase. Nos animais, consiste em um precursor na rota de síntese do ácido araquidônico17,p.578.
2.2.3.4. Ácido araquidônico (20:4ω6)
O ácido araquidônico é biossintetizado em algas marinhas e em animais pela dessaturação e alongamento a partir do ácido linoleico. Este ácido graxo está presente em todos os tecidos e é o precursor dos eicosanóides17,p.578.
2.2.3.5. Ácido α-linolênico (18:3ω3)
O ácido α-linolênico é um produto primário da síntese de ácidos graxos poli-insaturados em plantas, produzido a partir do ácido oleico pela atividade das enzimas Δ12 e Δ15-dessaturases. É encontrado em grandes concentrações nas folhas das plantas e em concentrações menores nos óleos de sementes. Consiste em um importante precursor dos ácidos ω3 nos animais17,p.579.
2.2.3.6. Ácido eicosapentaenóico (20:5ω3)
O ácido eicosapentaenóico (EPA) é produzido em algas marinhas; nos animais, é biossintetizado pela dessaturação e alongamento do ácido α-linolênico. Os óleos de peixe contêm 20-25% de EPA, em massa17,p.579. Há evidências de que o EPA apresente papel importante em doenças cardiovasculares e no sistema imunológico. Estudos com administração de EPA por 6 meses para pacientes com Alzheimer e outras demências mostraram também melhora das funções cognitivas dos pacientes20.
2.2.3.7. Ácido docosahexaenóico (22:6ω3)
O ácido docosahexaenóico (DHA) também é produzido em algas marinhas e é um dos componentes majoritários do óleo de peixe (8-20% em massa)17. O DHA parece ter papel fundamental para o cérebro, retina e tecidos neurais; 50% dos ácidos graxos que compõem os fosfolipídeos destes tecidos são cadeias de DHA. Esse ácido graxo essencial também tem papel importante no desenvolvimento do sistema nervoso central de fetos, principalmente no último trimestre da gestação e na infância, sendo importante que a gestante ingira quantidades suficientes para disponibilizar esses nutrientes para o feto.
O DHA também está relacionado à redução ou inibição dos fatores de riscos relacionados a doenças cardiovasculares, além de apresentar efeitos na prevenção de inflamações e alguns tipos de câncer20. Adicionalmente, a ingestão de DHA é apontada como potencial tratamento para a doença de Alzheimer, uma vez que pôde modificar a expressão da patologia em modelos com ratos29.
2.2.4. Lipídeos e câncer
Alguns estudos realizados com ratos na década de 1930 indicaram forte correlação entre dietas ricas em conteúdo de gordura e a incidência de tumores em ratos. Estudos epidemiológicos posteriores encontraram correlação entre a ingestão de gordura e o risco de câncer de mama. Entretanto, a hipótese desta associação foi perdendo força ao longo do tempo uma vez que há pouca concordância entre diversos estudos realizados, principalmente aqueles com dados epidemiológicos. Ademais, estudos mais recentes apontam, na realidade, para uma maior importância do conteúdo calórico total como fator de risco no desenvolvimento de certos tipos de câncer que da própria ingestão de lipídeos. Por exemplo, em estudo com ratos, a incidência de tumores nos animais que receberam uma dieta de baixo conteúdo de lipídeos e alto conteúdo calórico foi 48% maior que em ratos cuja dieta era pouco calórica e alta em conteúdo lipídico17. Estudos em humanos também apontam uma
correlação positiva da ocorrência de câncer no cólon e no sistema gástrico com a ingestão de calorias provenientes da dieta, o que está em concordância com o sobrepeso como um fator de risco para o câncer31.
Devido à alta densidade calórica ocasionada pela ingestão de trigliceróis, alguns produtos lipídicos de baixa caloria vêm sendo estudados. Alguns destes baseiam-se na produção de alimentos com miméticos de gordura, que são compostos não-lipídicos como proteínas ou carboidratos que possam conferir as mesmas propriedades às das gorduras tradicionais, porém com baixo valor calórico. Outros baseiam-se no princípio de que apenas ácidos graxos nas posições sn-1 e sn-3 dos triacilgliceróis são liberados como ácidos graxos livres por hidrólise no pâncreas, de maneira que somente o ácido graxo na posição sn-2 será absorvido como caloria. Desta forma, ácidos graxos de cadeias maiores (maior ou igual a 16 átomos de carbono) são estruturados nas posições sn-1 e sn-3, enquanto os ácidos graxos da posição sn-2 são ácidos de cadeia curta (menor ou igual a 6 átomos de carbono). Tais lipídeos estruturados resultam em conteúdo energético de 5-7cal/g14.
2.2.5. Ácido linolênico conjugado (CLA)
A isomerização das ligações duplas do ácido linolênico em uma configuração conjugada, comumente decorrente da hidrogenação biológica promovida por bactérias em ruminantes, produz dois isômeros que têm despertado interesse por sua capacidade de inibir o câncer, diminuir o colesterol sanguíneo, inibir o aparecimento do diabetes e influenciar o ganho de peso. Ao ácido 9-cis,11-trans-linoleico é atribuída a atividade anticarcinogênica, enquanto o ácido 10-trans,12-cis-linoleico apresenta capacidade de influenciar o acúmulo de gordura corpórea. A bioatividade dos isômeros de CLA possivelmente deva-se à capacidade deles de modular a formação de eicosanóides e a expressão de genes14,17.
2.2.6. Estresse oxidativo e patologias
Assim como ocorre em sistemas in vitro, a oxidação lipídica também ocorre
in vivo, levando a uma série de patologias. Sob condições aeróbias, são geradas
espécies reativas ao oxigênio (da sigla ROS para Reactive Oxygen Species), as quais desencadeiam estresse oxidativo e poderão interagir com biomoléculas: ligam-se a proteínas, rompem a fita do DNA, reagem com componentes celulares vitais e atacam as ligações duplas de fosfolipídeos que compõem as membranas, alterando a estrutura das mesmas. Um grande número de publicações desde a década de 80 sugere a relação do estresse oxidativo a patologias como aterosclerose, diabetes, doenças pulmonares, câncer, Alzheimer, esclerose, catarata e doenças cardiovasculares31.
2.3. Oxidação lipídica
A oxidação de lipídeos é uma das reações mais importantes na cadeia produtiva de alimentos e em sistemas biológicos; ela ocorre na extração do material lipídico de seus materiais de origem (processamento de sementes, por exemplo), na produção e estocagem de alimentos processados e em sistemas in vivo. Nos alimentos, as consequências da oxidação lipídica vão desde mudanças na qualidade sensorial (odor, sabor, textura, consistência e aparência) até a queda de seu valor nutricional e riscos para a segurança alimentar32. Nos organismos vivos, implicam em disfunções fisiológicas que podem levar a diversas doenças33.
Embora ocorra em tantos sistemas, o entendimento completo da oxidação é um desafio tanto no que se refere à medição e ao monitoramento dos produtos formados neste processo como para o estabelecimento de modelos cinéticos adequados. Isso porque a oxidação lipídica consiste em uma sequência complexa de reações químicas, cujos produtos gerados dependem não só dos materiais de partida, mas também de outros fatores que podem acelerar ou inibir tais reações.
Em suma, qualquer reação entre o oxigênio atmosférico e compostos orgânicos em condição de temperatura ambiente caracteriza a oxidação33. No que se refere aos lipídeos, essa reação envolve os compostos insaturados, principalmente os ácidos graxos; os radicais livres são as principais espécies formadas, os quais consistem em átomos ou moléculas que possuem elétrons desemparelhados. Diferentes radicais livres possuem diferentes níveis de energia e, desta forma, diferentes reatividades; por exemplo, os radicais hidroxila (OH˙) possuem elevada energia e podem, portanto, oxidar outras espécies. Na oxidação lipídica, são formados radicais livres alquila (L˙) e peroxila (LOO˙) a partir dos ácidos graxos dos lipídeos, estejam estes livres ou associados a estruturas de acilglicerídeos ou fosfolipídeos. Embora menos reativos que o radical hidroxila, estes radicais apresentam energia suficiente para desencadear e manter a oxidação lipídica ativa dentro dos sistemas alimentícios.
2.3.1. A auto-oxidação e suas etapas
O processo central da oxidação lipídica, denominado auto-oxidação, pode ser dividido em três etapas distintas, como representado no fluxograma da Figura 11, chamadas de iniciação, propagação e terminação.
Figura 11 – Esquema do processo de auto-oxidação lipídica.
Na etapa de iniciação ou indução, tem-se a abstração de um próton de um ácido graxo que se encontra adjacente a uma ligação dupla33, conforme representados nas Figuras 12 e 13. A proximidade com a ligação dupla diminui a energia de dissociação entre o próton e o carbono da cadeia lipídica, facilitando esta abstração e consequente formação do radical alquila (L˙). O aumento do número de ligações duplas deve enfraquecer ainda mais esta ligação, favorecendo a iniciação da oxidação; por exemplo, em uma cadeia alifática, a energia de dissociação da ligação de um carbono ao hidrogênio é de 98kcal/mol, mas a energia de dissociação da mesma ligação adjacente a uma ligação dupla cai para 89kcal/mol e, no carbono metilênico de sistemas pentadieno, para apenas 80kcal/mol34. Ainda que os menores valores de energia de dissociação da ligação carbono-hidrogênio favoreçam a formação do radical, uma elevada energia de ativação é necessária para a geração do primeiro radical alquila, o que pode ser obtido por aquecimento, radiação ou presença de oxigênio singleto, que é mais energético que o tripleto. Por fim, as ligações duplas presentes nas cadeias de ácidos graxos atuam também na estabilização do radical livre a ser formado por deslocalização eletrônica; no caso de ácidos graxos monoinsaturados, a ligação dupla forma uma estrutura ressonante e, no caso de ácidos graxos poli-insaturados, formam-se ligações duplas conjugadas, também ressonantes14.
O OH C H3 H H -H+ Abstração de um próton -H+ CH3 CH C H3 H CH3 CH C H3 H CH3 CH C H3 H CH3 CH C H3 H Etapa de isomerização: estruturas ressonantes
Figura 12 - Etapa de iniciação da oxidação de lipídeos para um ácido monoinsaturado.
O OH C H3 H CH2 CH C H2 CH2 C H2 CH 2 C H2 -H+ Abstração de um próton Etapa de isomerização: ligações duplas conjugadas (ressonância)
Figura 13 - Etapa de iniciação da oxidação de lipídeos para um ácido poli-insaturado.
Na etapa de propagação ou peroxidação, exemplificada na Figura 14, o oxigênio atmosférico (ou tripleto, 3O
2) interage com o radical alquila formando uma ligação covalente e gerando um radical peroxila (LOO˙). A energia do radical peroxila é elevada o suficiente para abstrair o hidrogênio de outra cadeia de ácido graxo insaturado. Desta forma, observa-se formação de um hidroperóxido (LOOH) e um novo radical alquila (L˙), propagando a oxidação de um ácido graxo para o outro14,35. Ou seja, a reação se auto sustenta. A taxa de oxidação, medida como consumo de O2 ou concentração de hidroperóxidos, aumenta consideravelmente até um máximo valor de índice de peróxidos.
